JP5986164B2 - 次元数が低減されたパラメータ空間において最適化により目標磁場を決定することを含むシミング方法 - Google Patents
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Description
シムコイル中の電流を調整するための、特に効率的な既知の方法は、(a)静磁場の磁場分布B0(r)をマッピングするステップと、(b)目標磁場分布B0T(r)を規定するステップと、(c)シムコイルを通る電流を調整することによってアクティブボリューム内に目標磁場分布B0T(r)を生成するステップとを含む。
シミング法のさらなる問題は、シムコイルによって生成できるものなど、一組の磁場分布を用いてアクティブボリューム内の磁場分布をマッピングすることによって得られるような磁場分布の近似が、一般に、数学的に特異な問題になることに基づく。数学的に特異な問題を扱う既知の手法は、問題を正則化することによる(例えば、非特許文献3(参考文献[6]参照))。
本発明により修正された方法の助けにより、特に最も近い従来技術と比較して、結果として得られる解のハードウェア限界からの距離に影響を及ぼすことができる。ハードウェア限界は電流の基準の形で表すことができる。この基準には、フィルタ法のフィルタ係数を制御する制御パラメータの選択によって電流の基準のより小さい値の方向で狙い通りに影響を与えることができる。電流の基準に対する狙いの影響力のこの可能性は、最も近い従来技術では全く欠けている。
実際には、本発明による方法は、磁気共鳴装置がNMRスペクトロメータ、MRIスキャナ、EPR機器、又はイオンサイクロトロン共鳴装置である機器に使用される。これらの機器のすべては、アクティブボリューム内の非常に均一な磁場が、最適な測定結果の前提条件であるように使用される。加えて、これらのデバイスでは、シム電流による磁場均一性の可能な設定値もまた常に、利用可能なハードウェアにより限定される。これらのデバイスを動作させながら、本発明による方法から特に利益を得ることが可能である。この方法によりこれらのハードウェア限界を考慮に入れて磁場の最善の可能な均一性が達成されるからである。
(i)重みパラメータとしての第1の制御パラメータの値のリストを選択するステップと、
(ii)正則化パラメータとしての第2の制御パラメータの値のリストを選択するステップと、
(iii)(i)における値のリスト及び(ii)における値のリストから重みパラメータと正則化パラメータの対を形成し、この重みパラメータと正則化パラメータの対の入力を用いて品質基準を計算するステップと、
(iv)電流設定値のリストが実施できる電流設定値であるか否かを評価するステップと、
(v)品質基準に基づいて、かつ実施できない電流設定値を除外して、重みパラメータと正則化パラメータの最適対を選択するステップと
を最適化手順で実施することを特徴とする。
(a)静磁場の磁場分布B0(r)をマッピングするステップと、
(b)目標磁場分布B0T(r)を規定するステップと、
(c)シムコイルを通る電流を設定することによってアクティブボリューム内に目標磁場分布B0T(r)を生成するステップと
が組み入れられる。
ここで、特異値wl2は、w1が最大特異値になりwNが最少特異値になるように大きさの降順で並べ替えられる。Nは使用可能なシム関数の数である。特異値wl2は通常、指数l2の増加と共に急速に減少し、正則化されなければならない数値問題の原因になっている。
(a)静磁場のアクティブボリューム内の磁場分布B0(r)をマッピングするステップと、
(b)理論的なシミング関数を変倍する際に考慮に入れられるデータ幅変動の選択を行うステップと、
(c)すべてのデータ幅変動およびλの複数の値に対し、磁場分布B0(r)をスケール(scale)シミング関数と適合させるステップと、
(d)シミング電力が小さい良好なシム状態の要件に対応するアクティブボリューム内の目標磁場分布B0T(r)を規定するステップと、
(e)シムコイルを通る電流を設定することによって、作業ボリューム内に目標磁場分布B0T(r)を生成するステップと、
(f)静電磁場のアクティブボリューム内の磁場分布B0(r)をマッピングするステップと、
(g)アクティブボリューム内の目標磁場分布B0T(r)にほぼ到達するまでステップ(b)〜(f)を繰り返すステップと
を含む。
本発明による方法は、例えば、MRIスキャナ、NMRスペクトロメータ又はEPRデバイスのようなすべての既知の磁気共鳴装置で使用することができるが、目標(すなわち、スパイクのない可能な最も細い線形状を得ること)が目標磁場分布B0T(r)の基準を最小化することによっては実現されないことが多い、高分解能スペクトロメータで特に有利である。
静磁場の方向に対して傾斜している軸の回りに試料を回転させるNMRスペクトロメータの方法では、この傾斜回転軸に沿って高い磁場の均一性が必要とされる。マジック角回転(MAS)、可変角回転(VAS)、および二重回転(DOR)は、このような方法の例である。これらの方法では、シムコイルが静磁場と平行な軸上の磁場分布に有効な影響を及ぼすように設計されていることが問題になる可能性がある。このような方法は、シミング品質、及びこれを達成するために必要なシミング電力を考慮に入れる本発明によるシミング手順から特に利益を得る。
RFパルスを送出すること、傾斜面の電流を切り換えること、シム電流を調整すること、及び信号を受信しデジタル化することなどの最新の磁気共鳴スペクトロメータ及びMRIスキャナを動作させるのに要するすべての手順は今日、コンピュータ化された制御のもとで実施される。したがって、本発明によるシミング手順は、コンピュータプログラムとして理想的に実施され、このコンピュータプログラムは、磁気共鳴スペクトロメータ又はMRIスキャナの制御コンピュータで実行された場合に、ハードウェアで必要な動作を直接実施する。スペクトロメータの使用者に対し、このようなプログラムは、コンピュータプログラムを収納する電子的に読み取り可能なデータ媒体上に簡単に送られ、コンピュータブログラムの実行時に本発明に係る方法を実施する。
11 ステップ(i):第1の制御パラメータ(重みパラメータ)の値のリストの選択。重みパラメータのリスト{k(1),...,k(l1max)}を選択
12 ステップ(ii):第2の制御パラメータ(正則化パラメータ)の値のリストの選択。正則化パラメータのリスト{λ(1),...,λ(l2max)}を選択
13 ステップ(iii):(i)における値のリスト及び(ii)における値のリストから重みパラメータと正則化パラメータの対を形成し、この重みパラメータと正則化パラメータの対の入力を用いて品質基準を計算。現時点におけるパラメータ対は{k(l1),λ(l2)}。品質基準Q{l1,l2}及び付随する電流設定値J(l1,l2)を計算
14 ステップ(iv):電流設定値のリストが実施可能な電流設定値であるか否かを評価。Jが調整可能か否かについての決定。調整可能であればF(l1,l2)=1、そうでなければF(l1,l2)=0を設定
15 ステップ(v):品質基準に基づいて、且つ実施可能ではない電流設定値を除外して、重みパラメータと正則化パラメータの最適対を選択。F(l1opt,l2opt)=1である第2の条件の下でQ(l1opt,l2opt)が最小になるようなl1opt、l2opt。B0(r)及びJ(l1opt,l2opt)により計算される磁場は、目標磁場分布B0T(r)
16 B0(r)の入力
17 B0T(r)の出力
21 シミング手順のステップ:静磁場の磁場分布B0(r)をマッピング
22 シミング手順のステップ:目標磁場分布B0T(r)を規定
23 シミング手順のステップ:シムコイル中の電流を設定することによって作業ボリューム内の目標磁場分布B0T(r)を生成
51 最適正規化(「不一致原理」又はLグラフ)によって得られた解が置かれている2次元グラフ中の曲線
52 51に沿った探索で見出された品質基準に対する最適値の領域
53 品質基準、及び52におけるより低いシミング電力に対する類似値による追加の解
71 シミングの後で最高可能均一性を実現すべきMRI画像内の領域
72 ゼロより大きい信号強度を有する残りのMRI画像内の領域
73 何も信号を含まずシミングにおいて考慮に入れる必要がないMRI画像内の領域
l1 2次元グラフ中のデータ幅の軸方向
Q 品質基準の軸方向
W 重み関数の関数値の軸方向
w1 第1の重み関数のデータ幅
w14 第14の重み関数のデータ幅
x 空間のx方向(MRI画像内)
y 空間のy方向(MRI画像内)
z 空間のz方向(重み関数において)
λ 正規化パラメータ(ラムダ)
Claims (9)
- N個のシムコイルを有する磁気共鳴装置のアクティブボリューム内で分布B0(r)を有する静磁場を均一化する方法であって、以下のステップ、
(a)前記静磁場の磁場分布B0(r)をマッピングするステップと、
(b)目標磁場分布B0T(r)を規定するステップと、
(c)前記シムコイル中の電流を設定することによって前記アクティブボリューム内に前記目標磁場分布B0T(r)を生成するステップと
を含み、
ステップ(b)で前記目標磁場分布B0T(r)の数値品質基準を最適化するために最適化手順を使用し、
前記最適化手順は、結果として、前記N個のシムコイルを通る電流の値を与え、
前記最適化手順で空間重み関数を使用する方法において、
前記シムコイル中の電流の基準がフィルタ係数の影響を受けるフィルタ法を前記最適化手順として使用すると共に、
前記最適化手順は、M(ただし、2≦M<N)個の制御パラメータを有するパラメータ空間内で機能し、
空間重み関数を修正するための重みパラメータとして前記制御パラメータのうちの1つを使用し、
追加の制御パラメータが前記フィルタ係数を制御することを特徴とする方法。 - NMRスペクトロメータ、MRIスキャナ、EPR機器、又はイオンサイクロトロン共鳴装置が前記磁気共鳴装置として使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記磁気共鳴装置は、1つ又は複数の軸の回りに試料を回転させるNMRスペクトロメータであり、前記軸は任意に前記静磁場の方向に対して傾斜していてもよいことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- ステップ(a)で、前記静磁場の前記磁場分布B0(r)をマッピングするのに勾配エコー法又はスピンエコー法が使用されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(b)で前記目標磁場分布を規定する際に、前記シムコイル中の電流の調整範囲及び前記シムコイル全部で消費される電力を考慮に入れることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(b)で使用されるフィルタ法は、チホノフ正則化、チホノフ・フィリップス正則化、打切り特異値分解、又は減衰特異値分解のうちの1つを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(b)における前記最適化手順により数値品質基準を最適化すると共に、前記品質基準を計算するための計算法を使用することを特徴とし、
前記計算法は、入力として、前記静磁場B0(r)、前記磁場に対する前記シムコイル中の電流の影響、並びに重みパラメータ及び正則化パラメータを使用し、前記計算法により、出力として、前記品質基準及び電流設定値のリストを生成し、以下のステップ、
(i)前記重みパラメータとしての第1の制御パラメータの値のリストを選択するステップと、
(ii)前記正則化パラメータとしての第2の制御パラメータの値のリストを選択するステップと、
(iii)前記(i)における値のリスト及び前記(ii)における値のリストから重みパラメータと正則化パラメータの対を形成し、当該重みパラメータと正則化パラメータの対の入力を用いて前記品質基準を計算するステップと、
(iv)前記電流設定値のリストが実施可能な電流設定値であるか否かを評価するステップと、
(v)前記品質基準に基づいて、かつ実施可能でない電流設定値を除外しながら、重みパラメータと正則化パラメータの最適対を選択するステップと
を前記最適化手順で実施することを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記品質基準の計算の際に、シミュレーションされた磁気共鳴スペクトルを使用することを特徴とする請求項7に記載の方法。
- コンピュータプログラムを格納する電子的に読み取り可能なデータ媒体であって、前記コンピュータプログラムは、実行時に請求項1から8のいずれか1項に記載の方法を実施するデータ媒体。
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